Классификация электромагнитных полей и излучений

Биосфера на протяжении всей эволюции находилась под влиянием электромагнитных полей, так называемого фонового излучения, вызванного естественными причинами. В процессе индустриализации человечество прибавило к этому целый ряд факторов, усилив фоновое излучение. В связи с этим ЭМП антропогенного происхождения начали значительно превышать естественный фон и теперь превратились в опасный экологический фактор.

Применение радиотехнических приборов и систем, новых технологических процессов, использование которых приводит к излучению электромагнитной энергии в окружающую среду создает ряд трудностей, связанных с отрицательным воздействием электромагнитных излучений на организм человека. Под влиянием ЭМП происходит перегрев организма, наблюдается отрицательное влияние на центральную нервную систему, эндокринную, обмена веществ, сердечно-сосудистую, на зрение. Повышается утомляемость, артериальное давление, нарушается устойчивость влияния.

ЭМП в соответствии с законами Максвелла характеризируется векторами напряженности электрического Е (В/м) и магнитного Н (А/м) полей. Векторы £ и Н бегущей электромагнитной волны в зоне распространения всегда взаимно перпендикулярны. При распространении в проводящей среде они связаны соотношением

179

ФИЗИОЛОГИЯ, ГИГИЕНА ТРУДА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ

Раздел 2

 

(2.55)

где a> — частота электромагнитных колебаний;.."-;;.. у — удельная проводимость вещества экрана; μ — магнитная проницаемость этого вещества; k — коеффициент затухания;

R — расстояние от входной плоскости экрана до рассмат­риваемой точки.

У.чьтроаьукоеыі

Частоты и шкала электромагнитных волн представлены на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Частоты и шкала электромагнитных волн

Согласно теории электромагнитного поля пространство около источника переменного электрического или магнитного полей делится на две зоны: ближнюю, или зону индукции, которая находится на

Я А

расстоянии ^≤ — <- — (Я — длина волны, определяется из соотношения 2я б

А=С//, где С — скорость распространения волны; / — частота электромагнитных колебаний) и зону излучения (распространения), которая находится на расстоянии R>k/6.

Классификация ЭМП приведена на рис. 2.22.

Все электромагнитные поля и излучения делятся на естественные и антропогенные.

ЭМП ecTecTBeHHoro происхождения. Вокруг Земли существует электрическое поле напряженностью в среднем 130 В/м, которое уменьшается от средних широт до полюсов и к экватору, а также по экспоненциальному закону с отдалением от земной поверхности. Наблюдаются годовые, суточные и другие вариации этого поля, а также случайные его изменения под влиянием грозовых разрядов, осадков, вьюг, пылевых бурь, ветров.

180

Наша планета также имеет магнитное поле с напряженностью 47,3 А/м на северном, 39,8 А/м — на южном полюсах, 19,9 А/м — на магнитном экваторе. Это магнитное поле колеблется с 80-годовым и 11-годовым циклами изменений.

 

 

 

 

 

 

 

Электромагнитные поля и излучения
|		]
Природные		Антропогенные
Электрическое поле Земли		Радиоволны ВЧ и УВЧ диапазона
Магнитное поле Земли		СВЧ" излучение
	і
Электромаг­нитное поле	ич излучение
Земли
		Светловые лучи
Лазерное излучение

Рис. 2.22. Классификация ЭМП и излучений

Земля постоянно находится под влиянием ЭМП, которые излучает Солнце, в диапазоне в основном 10 МГц—10 ГГц. Спектр солнечного излучения достигает и более коротковолновой области, которая включает в себя инфракрасное (ИК), видимое, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновское и гамма-излучение. Интенсивность излучения меняется периодически, а также быстро и резко увеличивается при хромосферних вспышках.

Рассмотренные ЭМП влияли на биологические объекты и в част­ности на человека во время всего его существования. Это предоставило возможность в процессе эволюции приспособиться к влиянию таких полей и выработать защитные механизмы, которые защищают человека от возможных излучений за счет естественных факторов. Однако все же наблюдается корреляция между изменениями солнечной активности (вызванными ими изменениями электромагнитного излучения)

181

ФИЗИОЛОГИЯ, ГИГИЕНА ТРУДА И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ

и нервными, психическими, сердечно-сосудистыми заболеваниями людей, а также нарушением условно-рефлекторной деятельности животных.

Антропогенные излучения фактически охватывают все диапазоны. Рассмотрим влияние радиоволнового излучения, в частности излучение ВЧ и УВЧ диапазонов (диапазоны 30 кГц—500 МГц). Возможности прямого облучения радиоволнами определяются условиями их распространения, которые зависят от длины волны.

На длинных волнах (10—1 км) ЭМП создается волной, которая огибает земную поверхность и препятствия, которые на ней находятся (дома, растительность, неровности местности), и проходят между земной поверхностью и нижней границей ионизационного слоя атмосферы. Они почти не поглощаются почвой. Сигналы мощных радиовещательных станций в этом диапазоне фактически в любое время суток свободно распространяются на далекие расстояния.

Средние волны (1000—100 м) также достаточно хорошо огибают земную поверхность, хотя при этом отклоняются препятствиями, которые имеют размер, больший от длины волны, и значительно поглощаются почвой. В связи с этим расстояние распространения средних волн составляет около 500 км, а для обслуживания больших территорий устанавливается сеть ретрансляционных станций. В этом диапазоне работают радиостанции на судах и аеродромная радиослужба. Но главную экологическую опасность создают мощные радиовещательные станции.

В диапазоне коротких волн (100—10 м) радиоволна очень сильно поглощаются почвой, но для распространения на большое расстояние используется их отражение от земной поверхности и от ионосферы. В этом диапазоне работают радиовещательные станции и станции связи.

На ультракоротких волнах (10—1 м), которые сильно поглощаются почвой и почти не отражаются ионосферой, распространение сигналов происходит практически только в пределах прямой видимости. Для увеличения этой зоны используют высоко размещенные антенны и ретрансляторы, причем ЭМП образовываются вследствие интерференции прямого и отраженного лучей. В этом диапазоне работают радиовещательные и телевизионные станции, расположенные, как правило, в местах большой концентрации населения.

Излучение СВЧ диапазона. Активность влияния ЭМП различных диапазонов частот различная: она значительно растет с ростом частоты и очень сильно влияет в СВЧ диапазоне. В данный диапазон входят дециметровые (100—10 см), сантиметровые (10—1 см) и миллиметровые

182

Раздел 2

(10—1 мм) волны. Эти диапазоны объединяются термином..микроволновой".

Как и УВЧ, СВЧ излучение сильно поглощается почвой и не отражается ионосферой. Поэтому распространение СВЧ происходит в пределах прямой видимости.

На дециметрових волнах работают радиовещательные и теле­визионные станции, которые обеспечивают в связи со снижением уровня препятствий высшее качество передачи информации, чем в УВЧ диапазоне.

Все участки НВЧ диапазона используются для радиосвязи, в том числе радиорелейного и спутникового. В этом диапазоне работают практически все радиолокаторы.

Поскольку излучение СВЧ, поглощаясь плохопроводящей средой, вызывает их нагревание, этот диапазон широко используется в промышленных установках, которые базируются на использовании и других эффектов, связанных с СВЧ излучениями. Подобные установки используются и в быту. Влияние СВЧ излучения на живые ткани дало основание для разработки терапевтической медицинской аппаратуры. Благодаря особенностям распространения СВЧ именно этот диапазон используется для передачи энергии лучом на большие расстояния.